التخليق العضوي

التخليق العضوي فرع من فروع التخليق الكيميائي يهتم ببناء المركبات العضوية . تتكون المركبات العضوية من جزيئات تتألف من روابط تساهمية بين ذرات الهيدروجين والكربون والأكسجين والنيتروجين . ضمن مجال التخليق العضوي ، توجد أنواع عديدة من مسارات ^{التخليق ،} منها ^{التخليق} الكلي ، ^{والتخليق} الانتقائي ^{الفراغي} ، والتخليق ^الآلي ، ^{وغيرها الكثير .}

يشير التخليق الكلي إلى التخليق الكيميائي الكامل للجزيئات انطلاقًا من مواد أولية طبيعية بسيطة . ^{[ 1 ]} يُنجز التخليق الكلي إما عبر منهج خطي أو تقاربي. في التخليق الخطي - الذي غالبًا ما يكون مناسبًا للهياكل البسيطة - تُنفذ عدة خطوات بالتتابع حتى يكتمل الجزيء؛ وتُسمى المركبات الكيميائية المُصنعة في كل خطوة بالوسائط التركيبية . ^{[ 1 ]} في أغلب الأحيان، تكون كل خطوة في التخليق عبارة عن تفاعل منفصل يحدث لتعديل المواد الأولية. أما بالنسبة للجزيئات الأكثر تعقيدًا، فقد يكون المنهج التركيبي التقاربي أنسب. يتضمن هذا النوع من مخططات التفاعل تحضيرًا فرديًا لعدة وسائط رئيسية، والتي تُدمج بعد ذلك لتكوين المنتج المطلوب. ^{[ 4 ]}

يُعتبر روبرت بيرنز وودوارد ، الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1965 لإسهاماته في العديد من عمليات التخليق الكلي ^{[ 5 ] ،} بما في ذلك تخليقه لمادة الستريكنين [ ^{6 ]، بمثابة الجد الأكبر للتخليق العضوي الحديث [ 7 ]} . ومن الأمثلة الحديثة على عمليات التخليق: التخليق الكلي لعقار باكليتاكسيل المضاد للسرطان (الاسم التجاري: تاكسول) على يد كل من ويندر ^{[ 8 ]} ، وهولتون ^{[ 9 ]} ، ونيكولاو ^{[ 10 ]} ، ودانيشيفسكي ^{[ 11 ] [ 12 ] .}

يُعدّ فهم التفاعلات الكيميائية والكواشف والظروف اللازمة في كل خطوة لضمان الحصول على ناتج نقي أمرًا أساسيًا في التخليق العضوي. عند تحديد ظروف التفاعل المثلى لتخليق معين، يكون الهدف هو إنتاج كمية كافية من المنتج النقي بأقل عدد ممكن من الخطوات. ^{[ 13 ]} عند تحديد ظروف التفاعل، يمكن الرجوع إلى المراجع العلمية للاطلاع على أمثلة لظروف تفاعل سابقة يمكن تكرارها، أو يمكن تطوير مسار تخليقي جديد واختباره. بالنسبة للتطبيقات الصناعية العملية، يجب مراعاة ظروف تفاعل إضافية تشمل سلامة الباحثين والبيئة، بالإضافة إلى نقاء المنتج. ^{[ 14 ]}

قد تتطلب عملية التخليق العضوي خطوات عديدة لفصل المنتجات وتنقيتها بعد إجراء تفاعل كيميائي واحد أو أكثر. وتختلف التقنيات المستخدمة باختلاف الحالة الكيميائية للمنتج المراد عزله. فبالنسبة للمنتجات السائلة، تُعد تقنية الاستخلاص السائل-السائل من أكثر تقنيات الفصل شيوعًا ، أما بالنسبة للمنتجات الصلبة، فيمكن استخدام الترشيح (بالجاذبية أو تحت الفراغ). ^{[ 15 ] [ 16 ]}

التفاعلات الحرارية ومكثفات الارتداد

تتطلب العديد من التفاعلات استخدام الحرارة لتسريعها. ^{[ 18 ]} مع ذلك، في كثير من الأحيان، قد تؤدي الحرارة المرتفعة إلى غليان المذيب بشكل غير منضبط، مما يؤثر سلبًا على التفاعل، وقد يقلل من كمية الناتج. ولمعالجة هذه المشكلة، يمكن تركيب مكثفات الارتداد على أواني التفاعل الزجاجية. مكثفات الارتداد عبارة عن أوانٍ زجاجية مصممة خصيصًا، تحتوي على مدخلين لتدفق الماء عبر الزجاج عكس الجاذبية. يعمل هذا التدفق على تبريد أي مادة متفاعلة متسربة وتكثيفها مرة أخرى في وعاء التفاعل لاستمرار التفاعل ^{[ 19 ]} وضمان احتواء جميع الناتج. يُعد استخدام مكثفات الارتداد تقنية مهمة في التخليق العضوي، ويُستخدم في خطوات الارتداد، وكذلك في خطوات إعادة التبلور.

عند استخدام المكثفات الارتجاعية لتسخين المحلول، يتم تركيبها ومراقبتها بدقة. يحدث الارتجاع عندما يُلاحظ تكثف الماء وتساقطه عائدًا إلى دورق التفاعل من المكثف الارتجاعي؛ قطرة واحدة كل ثانية أو بضع ثوانٍ. ^{[ 19 ]}

لإعادة التبلور ، يُجهز المحلول الحاوي على المنتج بمكثف ويُسخّن مرة أخرى حتى الغليان. يكتمل الارتداد عندما يصبح المحلول الحاوي على المنتج صافيًا. بمجرد أن يصبح صافيًا، يُرفع التفاعل عن النار ويُترك ليبرد، مما يؤدي إلى إعادة ترسيب المنتج، وبالتالي الحصول على منتج أنقى. ^{[ 20 ]}

الترشيح بالجاذبية والترشيح بالتفريغ

يمكن فصل المنتجات الصلبة من خليط التفاعل باستخدام تقنيات الترشيح . وللحصول على المنتجات الصلبة، يمكن استخدام جهاز ترشيح بالتفريغ.

تستخدم عملية الترشيح بالتفريغ الشفط لسحب السائل عبر قمع بوخنر مزود بورق ترشيح، والذي يلتقط المنتج الصلب المطلوب. ^{[ 15 ]} تزيل هذه العملية أي محلول غير مرغوب فيه في خليط التفاعل عن طريق سحبه إلى دورق الترشيح، تاركةً المنتج المطلوب ليتجمع على ورق الترشيح.

يمكن أيضًا فصل المنتجات السائلة عن المواد الصلبة باستخدام الترشيح بالجاذبية . ^{[ 15 ]} في هذه الطريقة، تُطوى ورقة الترشيح على شكل قمع وتوضع فوق دورق التفاعل. ثم يُسكب مزيج التفاعل عبر ورقة الترشيح بمعدل لا يتجاوز فيه الحجم الكلي للسائل في القمع حجم القمع نفسه. ^{[ 15 ]} تتيح هذه الطريقة فصل المنتج عن مكونات التفاعل الأخرى بفعل الجاذبية، بدلًا من استخدام الفراغ.

معظم المنتجات الطبيعية المعقدة كيرالية، ^{[ 2 ] [ 21 ]} وتختلف الفعالية البيولوجية للجزيئات الكيرالية باختلاف المتماثل الضوئي . ^{[ 22 ]} تستهدف بعض عمليات التخليق الكلي الخلائط الراسيمية ، وهي خليط من كلا المتماثلين الضوئيين المحتملين . ويمكن بعد ذلك اختيار متماثل ضوئي واحد عن طريق الفصل الضوئي .  

مع تطور الكيمياء، ظهرت أساليب التحفيز الانتقائي الفراغي والفصل الحركي ، حيث يمكن توجيه التفاعلات لإنتاج متماثل ضوئي واحد فقط بدلاً من خليط راسيمي. ^{[ 23 ]} تشمل الأمثلة المبكرة عمليات الهدرجة الانتقائية الفراغية (كما ورد في تقارير ويليام نولز ^{[ 24 ]} وريوجي نويوري ^{[ 25 ]} ) وتعديلات المجموعات الوظيفية مثل الأكسدة غير المتماثلة التي أجراها باري شاربلس ؛ ^{[ 26 ]} وقد مُنح هؤلاء الكيميائيون جائزة نوبل في الكيمياء عام 2001 تقديرًا لهذه الإنجازات في مجال التفضيل الفراغي. ^{[ 27 ]} تمنح هذه التفاعلات الفراغية التفضيلية الكيميائيين خيارات أوسع بكثير من المواد النقية فراغيًا.

تمكن الكيميائيون من تصنيع جزيئات معقدة ذات انتقائية فراغية. يوفر التحكم الفراغي الجزيئات المستهدفة المراد تصنيعها كمتماثلات ضوئية نقية (أي دون الحاجة إلى فصلها). تُعرف هذه التقنيات باسم التخليق الانتقائي الفراغي .

تُطوَّر العديد من الإجراءات التركيبية انطلاقًا من إطار التحليل التراجعي ، وهو نوع من التصميم التركيبي ابتكره إلياس جيمس كوري ، والذي نال عنه جائزة نوبل في الكيمياء عام 1990. ^{[ 28 ]} في هذا النهج، يُخطَّط للتركيب عكسيًا من المنتج، مع الالتزام بالقواعد الكيميائية القياسية. ^{[ 1 ]} تُقسِّم كل خطوة البنية الأصلية إلى مكونات قابلة للتحقيق، والتي تُوضَّح باستخدام مخططات بيانية بأسهم التحليل التراجعي (مرسومة على شكل ⇒، والتي تعني في الواقع "مصنوع من"). يُتيح التحليل التراجعي تصور التصاميم التركيبية المطلوبة.

يُعدّ توصيف المركبات العضوية ضروريًا في عملية التخليق العضوي . ويشير التوصيف إلى قياس الخصائص الكيميائية والفيزيائية لمركب معين، ويتخذ أشكالًا عديدة. ومن الأمثلة على طرق التوصيف الشائعة: الرنين المغناطيسي النووي (NMR) ^{[ 30 ]} ، وقياس الطيف الكتلي ^{[ 31 ]} ، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) ^{[ 32 ]} ، وتحليل نقطة الانصهار ^{[ 33 ]} . تُمكّن كلٌّ من هذه التقنيات الكيميائي من الحصول على معلومات بنيوية حول مركب عضوي مُصنّع حديثًا. وتختلف طريقة التوصيف المُستخدمة باختلاف طبيعة المنتج.

يُعدّ التخليق العضوي عملية كيميائية مهمة لا غنى عنها في العديد من المجالات العلمية. ومن الأمثلة على المجالات التي تتطلب التخليق العضوي، إلى جانب الكيمياء ، الصناعات الطبية والصيدلانية وغيرها الكثير. تسمح العمليات العضوية بإنتاج المستحضرات الصيدلانية على نطاق صناعي واسع. ومن الأمثلة على هذا التخليق الإيبوبروفين ، الذي يُمكن تخليقه من خلال سلسلة من التفاعلات تشمل: الاختزال ، والتحميض ، وتكوين كاشف غرينيارد ، والكربوكسلة . ^{[ 34 ]}

في طريقة تحضير الإيبوبروفين التي اقترحها كيوناس وآخرون ، يُختزل بارا -إيزوبوتيل أسيتوفينون، المادة الأولية، باستخدام بوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄ ₎ لتكوين مجموعة وظيفية كحولية . ثم يُحمّض الناتج الوسيط باستخدام حمض الهيدروكلوريك (HCl) لتكوين مجموعة كلور. بعد ذلك، تُفاعل مجموعة الكلور مع برادة المغنيسيوم لتكوين كاشف غرينيارد. ^{[ 34 ]} يُكربكسل هذا الكاشف ، ويُعالج الناتج لتحضير الإيبوبروفين.

• التوليف الآلي
• التخليق الكهربائي
• طرق في التخليق العضوي (مجلة)
• التخليق العضوي (مجلة)
• التخليق الكلي

• كوري إي جيه ؛ تشينغ، إكس إم (1995). منطق التخليق الكيميائي . نيويورك، نيويورك: جون وايلي وأولاده . ISBN 978-0-471-11594-6.

• أرشيف التخليق العضوي
• قاعدة بيانات التخليق الكيميائي
• https://web.archive.org/web/20070927231356/http://www.webreactions.net/search.html
• https://www.organic-chemistry.org/synthesis/
• مجموعة البروفيسور هانز رايش من تركيبات المنتجات الطبيعية
• ويكي دلالات التخليق الكيميائي